实用机械工程材料及选用教学课件作者张正贵第10章其他常用工程材料-完成课件.ppt

第10章 其他常用工程材料 本章主要内容 10.1 高分子材料 10.2 陶瓷材料 10.3 复合材料 * 10.1 高分子材料 10.1.1 高分子材料的基本概念 1．单体、链节和聚合度 虽然高分子化合物的相对分子质量很大，微观结构复杂多变，但组成高分子材料的每个大分子都是由一种或几种简单的、结构相同的、低分子有机化合物通过聚合而重复连接成大分子链状结构。因此，高分子化合物又称高聚物或聚合物。 将聚合形成高分子化合物的低分子化合物称为“单体”，它是人工合成高分子材料的原料。 大分子链中的重复结构单元称“链节”。 链节的重复数目称“聚合度。 * 10.1 高分子材料 2．聚合反应的类型 将低分子化合物合成高分子化合物的基本方法有加成聚合（简称加聚）和缩合聚合（简称缩聚）两种。 （1）加聚反应 是单体经多次相互加成，生成聚合高分子化合物的化学反应。 加聚的低分子化合物是含“双键”的有机化合物，如烯烃和二烯烃等，在加热、光照或化学处理的引发作用下产生游离基，双键打开互相连接形成加聚反应，如此继续下去，则连成一条大分子链。 * 10.1 高分子材料 （2）缩聚反应 是由含两种或两种以上官能团的单体互相缩合聚合生成高聚物的反应。可以发生化学反应的官能团，如羟基（OH）、羧基（COOH）及氨基（NH2）等。 由一种单体合成的高聚物称均聚物（或称均缩聚物），如聚乙烯、聚氯乙烯及尼龙等；由两种或两种以上单体合成的高聚物称共聚物（或称共缩聚物），如ABS塑料等。 * 10.1 高分子材料 3．高分子材料的分类 高分子材料一般可分为有机高分子和无机高分子两类。本节只讨论人工合成无机高分子材料，按不同原则有如下分类方法： （1）按高分子主链上的化学组分，可分为碳链高分子、杂链高分子和元素链高分子。 （2）按分子链的几何形状分类，通常有线型高分子、支链型高分子和体型网状高分子。其中，线型高分子又有伸直链和蜷曲链等。 （3）按合成反应分类，有加聚聚合物和缩聚聚合物两类。前者又有均聚物和共聚物之分。共聚物和均聚物类似于金属材料中合金及纯金属的关系。 * 10.1 高分子材料 （4）按高聚物的热行为及成型工艺特点分类，可分为热塑性高聚物及热固性高聚物两类。 热塑性高聚物是指那些加热软化（或熔融）和冷却固化的过程可反复进行的高聚物，它们是线型高分子，如聚乙烯、聚氯乙烯和聚酰胺等。 热固性高聚物是指那些经加热和加压成型后，不能再熔或再成型的高聚物，若再热熔融或再成型将导致大分子链断裂，如酚醛树脂和环氧树脂等。 * 10.1 高分子材料 10.1.2 高分子材料的构象 1．高分子链的链节键接顺序 只由一种单体聚合而成的均聚物，如聚乙烯塑料等高分子链，其链节的键接顺序一般可随意改变，因为分子中由共价键固定的几何排列是相同的。但是，当单体中某个氢原子被其他原子或原子团所取代，形成了不对称取代基，那么链节的键接就不止一种。 * 10.1 高分子材料 2．高分子链的构型 所谓高分子链的构型是指高分子链中原子或原子团在空间的排列方式，即链结构。随着取代基R的排列方式不同，链在空间的构型亦不相同。 一般为三种立体异构： （1）全同立构：取代基R全部处于主链一侧； （2）间同立构：取代基R相间地分布在主链两侧； （3）无规立构：取代基R在主链两侧作不规则的分布。 * 10.1 高分子材料 3．高分子链的构象及柔性 聚合物高分子链和其他物质分子一样在不停地热运动，是单键内旋转引起的。构象是指由于单键内旋转而引起的分子不同空间形状，即大分子链的空间形象。 这种极高频率的单键内旋转可随时改变大分子链的形态，使线型高分子链很容易呈卷曲状或线团状。在拉力作用下，可将其伸展拉直，外力去除后，又缩回到原来的卷曲状或线团状。把大分子链的这种特性称为高分子链的柔性。 * 10.1 高分子材料 10.1.3 高聚物的聚集态和物理状态 1．高聚物的结合力 2．高聚物的聚集态 高聚物的三种聚集态结构 a）晶态 b）部分晶态 c）非晶态 * 10.1 高分子材料 3．高聚物的物理状态 非晶态高聚物与低分子物质不同，在不同温度下呈现出三种物理状态：玻璃态、高弹态及粘流态。 （1）玻璃态 T